電爐與石墨電極的工作原理與發(fā)展

電加熱用的石墨電極是耐火的導(dǎo)電體，它不參與爐內(nèi)的反應(yīng)。例如，煉鋼用石墨化電極。
電爐與石墨電極的發(fā)展
它主要要求電阻率小，對(duì)強(qiáng)度和灰分的要求沒有半導(dǎo)體石墨和核石墨那樣高純，特別是其他礦熱的石墨電極，如在制造碳化鈣時(shí)，原料是焦炭和生石灰，都是便宜而不純的材料，焦炭中含有大量的灰分，因此采用高灰分的電極也無妨，因?yàn)橛上氖姌O而滲入的雜質(zhì)可能被爐熱所分解或隨爐渣排出。在大多數(shù)情況下，電極中雜質(zhì)或者不會(huì)進(jìn)入產(chǎn)品，或者進(jìn)人產(chǎn)品也不會(huì)使產(chǎn)品產(chǎn)生顯著的差別。故電加熱用的電極可以是高灰分的，它的灰分或者是不重要的，或者是為了能使用便宜的電極，值得在電阻方面受些損失。
20世紀(jì)20年代，所謂“標(biāo)準(zhǔn)的”煉鋼電爐容量是6t，到1944年是70t，1950年是200t。電爐容量的增加意味著匯流排和電極的相應(yīng)增大，也意味為配合煉鋼較精細(xì)的技術(shù)條件，對(duì)石墨電極的性能要有嚴(yán)格的要求。在電爐鋼內(nèi)，來自電極的硫污染可能是重要的，故電極要用低硫焦制造。到1940年代，傾向于提高石墨化溫度，即提高石墨化程度，和使用低灰分的焦來增加石墨電極的導(dǎo)電性。其后均采用石墨焦生產(chǎn)電極，由于電爐容量增大，為保證必要的電流密度，從而增大電極直徑，這在電極成型上帶來困難。至20世紀(jì)60年代開發(fā)高功率電極和**高功率電極，從提高質(zhì)量來提高承受高電流密度的能力。
1808~1820年用炭弧小電爐制造了鈉和鉀。1839年用抽真空的鐘形缸真空電爐，制造了碳化鈣、石墨、磷和鈣。進(jìn)入20世紀(jì)之前，已經(jīng)有了制造鋁、碳化鈣、鐵合金、碳化硅和石墨電極用的電爐。
1899年，希勞特設(shè)計(jì)建造了**只直接電弧爐，1900年生產(chǎn)出**批鋼材。其后幾年內(nèi)，國外電爐較大發(fā)展就是大部分都是應(yīng)用這種底部接觸原理的電爐。
1906年，美國建造了電弧爐，開始了電爐煉鋼。早期的電爐設(shè)計(jì)都很粗糙，機(jī)械操作，選用一擋或二擋電壓，用炭素電極、電爐門加料、應(yīng)用各種不同的電路連接方法。老式的爐子每平方英尺爐床面積的運(yùn)轉(zhuǎn)功率為20~25w，現(xiàn)代化爐子為75~150w及較高。
較初認(rèn)為90~100v合適，但因爐子容量增大，電壓必須提高，同時(shí)發(fā)現(xiàn)：熔化期和精煉期需用兩種不同的電壓范圍，就是說熔化期用高電壓高功率，精煉期用低電壓低功率。如果把三相變壓器的初級(jí)在熔化期作三角形連接，在精煉期作星形連接，那就可很好地滿足上述條件。電加熱可以得到較高的溫度，工藝也可簡化。現(xiàn)今電爐在較高溫度下，所進(jìn)行的許多化學(xué)反應(yīng)，如果在較低的溫度下，這些反應(yīng)是不可能以任何明顯的速度進(jìn)行的。電熱法可以如表5-1所列分為電阻加熱、電弧加熱和感應(yīng)加熱。
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